Introduzione alle reti per il controllo di processo

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1 Introduzione alle reti per il controllo di processo Davide Quaglia Electronic Systems Design Group Università di Verona Seminari Distretti Produttivi, Verona, 27 Maggio Giornata della Sintesi Log 1 Sommario Evoluzione dell'informatica Controllo di Processo Il controllo distribuito PLC Protocolli di comunicazione Applicazioni Problemi Conclusioni 2

2 Evoluzione dell'informatica dai computer ('60-'80): sistemi generali per la soluzione di problemi generici ai sistemi embedded ('80-'90): sistemi specializzati per la soluzione di problemi specifici ai sistemi distribuiti ('90-'00): sistemi generali e/o specializzati cooperanti attraverso una rete ai sistemi pervasivi ('00-oggi): sistemi distribuiti embedded integrati in ogni oggetto 3 Numero di CPU per persona '60 '

3 Controllo di Processo Processo = attività dedicata all'esecuzione di una operazione (task) può essere locale oppure remoto può scambiare dati mediante sistemi di comunicazione Il controllo può essere centralizzato o distribuito Il controllo di processo è una disciplina ingegneristica che tratta l'architettura, i meccanismi e gli algoritmi per controllare i prodotti di un certo processo. Coinvolge aspetti di teoria del controllo e di statistica 5 Evoluzione del Controllo di Processo Il controllo di processo classico è basato sullo scambio perfetto di informazione 6

4 Evoluzione del Controllo di Processo (2) I sistemi di controllo moderni sono spesso in rete: Più flessibilità Realizzazione più economica I dati dei sensori e degli attuatori sono trasmessi su una risorsa di rete condivisa: Aggiungono incertezza Aumentano la complessità del sistema 7 Evoluzione del Controllo di Processo (3) 8

5 Tipi di Controlli di Processo Semplice: Controllo della temperatura di una stanza. Semplice sistema SISO studiato con teoria controlli Distribuito: insieme di macchine controllate da Programmable Logic Controllers (PLC) che implementano un anello di controllo locale, raccolgono dati e li inviano ad un centro di controllo, tipicamente gestito da una persona. Complesso: gestiti da reti Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA). 9 Esempi di Controllo di Processo Camion Scania Volvo XC90 Smart-1 (sonda spaziale) Controllo dell'alimentazione nella rete telefonica cellulare Controllo della congestione in una rete di comunicazione Controllo di impianti alimentari Domotica 10

6 Esempio di Controllo di Processo 11 Programmable Logic Controller (PLC) Acquisiscono dati da sensori Temperatura Movimento Rotazione Implementano funzioni di controllo Agiscono su attuatori Motori elettrici Pompe idrauliche 12

7 PLC 13 Protocolli di comunicazione wired Esistono numerosi standard: AS-Interface CAN CANopen DeviceNet EtherCAT FOUNDATION fieldbus HART Protocol Industrial Ethernet Interbus LonWorks Modbus PROFIBUS BITBUS CompuBus SafetyBUS Da Wikipedia: fieldbus 14

8 Protocolli di comunicazione wired Questi standard vanno sotto il nome di Fieldbus cioè Bus di Campo Queste reti sono: Digitali, Bi-direzionali, Multidrop, seriali. Servono per collegare dispositivi isolati dotati di una certa capacità di calcolo che serve, oltre alla comunicazione, anche gestire la diagnostica, acquisire dati e sincronizzarsi con gli altri dispositivi 15 Controller Area Network (CAN) Un CAN bus è di tipo broadcast, differential serial bus, sviluppato nel 1980s dalla Robert Bosch GmbH, per collegare unità di controllo elettroniche soprattutto nel campo dell'elettronica per l'automobile. CAN è stato sviluppato per essere robusto alle interferenze elettromagnetiche, Utilizza un supporto hardware differenziale bilanciato come il collegamento seriale RS-485 Permette una velocità di trasmissione di 1Mb/s fino a 40 m, scendendo a 125Kb/s fino a 500 m. I pacchetti dati sono costituiti da max 8 bytes 16

9 Protocolli di comunicazione wireless IEEE IEEE /Bluetooth IEEE /ZigBee Irda Near Field Communications (NFC) 17 Conclusioni I sistemi di controllo sono sempre piu' importanti e pervasivi Necessita' di implementazioni affidabili tool di sviluppo software sicurezza Ruolo dell'open Source???? 18

10 Grazie! 3 Giornata della Sintesi Log 19